JPH01148472A - プラズマジェットトーチ - Google Patents
プラズマジェットトーチInfo
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- JPH01148472A JPH01148472A JP62307302A JP30730287A JPH01148472A JP H01148472 A JPH01148472 A JP H01148472A JP 62307302 A JP62307302 A JP 62307302A JP 30730287 A JP30730287 A JP 30730287A JP H01148472 A JPH01148472 A JP H01148472A
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- Japan
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- electrode
- plasma jet
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- gas
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- Granted
Links
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Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
- Arc Welding Control (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、高出力および高アーク放電電圧が可能なプラ
ズマジェットトーチに関する。
ズマジェットトーチに関する。
プラズマジェットトーチは一般的には第３図に示すよう
に電極１０、ノズル１２、絶縁体１４、電極台１６を備
え、電源１８により電極台１６を通して電極１０とノズ
ル１２の間に電圧を加えてアークを発生させ、また電極
１０の周囲からプラズマガスＧを供給してノズル１２よ
りプラズマジェット２０を噴出させ、このプラズマジェ
ット２０を用いて切断、溶接、溶射などを行なう。
に電極１０、ノズル１２、絶縁体１４、電極台１６を備
え、電源１８により電極台１６を通して電極１０とノズ
ル１２の間に電圧を加えてアークを発生させ、また電極
１０の周囲からプラズマガスＧを供給してノズル１２よ
りプラズマジェット２０を噴出させ、このプラズマジェ
ット２０を用いて切断、溶接、溶射などを行なう。
電極１０にはタングステンなどの耐熱性導電体を用い、
ノズル１２は内部を空洞にしてまた電極台１６も内部を
空洞にして冷却水を導入し、水冷を行なう。しかしそれ
でも電極１０およびノズル１２の消耗は少なくなく、特
にノズルは陽極にされるので加熱度が太き（、しかも高
速プラズマ流が通るので消耗が大きい。
ノズル１２は内部を空洞にしてまた電極台１６も内部を
空洞にして冷却水を導入し、水冷を行なう。しかしそれ
でも電極１０およびノズル１２の消耗は少なくなく、特
にノズルは陽極にされるので加熱度が太き（、しかも高
速プラズマ流が通るので消耗が大きい。
高出力化を図ったものに第４図のガストンネルプラズマ
トーチがある。これは、電極１０、ノズル１２、電源１
８等の部分は第３図と同様であり、プラズマジェット２
０を発生する。このプラズマジェット２０に沿って第４
図のトーチでは渦流発生ノズル２２とガスダイバータノ
ズル２４を設ける。ノズル２２には図示しないが内周面
に沿うガス流を生じるように孔が複数箇所にあけられて
おり、作動ガスＧが供給されると、プラズマジェット２
０を中心にして高速に回転する渦流を生じる。
トーチがある。これは、電極１０、ノズル１２、電源１
８等の部分は第３図と同様であり、プラズマジェット２
０を発生する。このプラズマジェット２０に沿って第４
図のトーチでは渦流発生ノズル２２とガスダイバータノ
ズル２４を設ける。ノズル２２には図示しないが内周面
に沿うガス流を生じるように孔が複数箇所にあけられて
おり、作動ガスＧが供給されると、プラズマジェット２
０を中心にして高速に回転する渦流を生じる。
またノズル１２と２４の間には電源２６により電圧を加
えるのでこれらのノズルの間に放電電流が流れ、この放
電による電力供給と高速渦流によるサーマルピンチ効果
によりプラズマジェット２０は大出力、高密度になる。
えるのでこれらのノズルの間に放電電流が流れ、この放
電による電力供給と高速渦流によるサーマルピンチ効果
によりプラズマジェット２０は大出力、高密度になる。
第３図のプラズマトーチでは高電圧出力化が困難であり
、第４図のプラズマトーチでは高出力化が可能であるが
、高速渦流を発生させるので機構が複雑であり、渦流を
発生させガストンネル状態を作るのに多量の作動ガスＧ
が必要であり、ランニングコストが大である。また溶射
では渦流のため溶射粉末の飛散も多く歩留りが悪い。
、第４図のプラズマトーチでは高出力化が可能であるが
、高速渦流を発生させるので機構が複雑であり、渦流を
発生させガストンネル状態を作るのに多量の作動ガスＧ
が必要であり、ランニングコストが大である。また溶射
では渦流のため溶射粉末の飛散も多く歩留りが悪い。
また溶射には、投入した粉体がプラズマジェットに充分
な時間接触して溶融するよう、プラズマジェットの長さ
が長い方がよいが、第３図のトーチではトーチ内プラズ
マジェット長がそれ程長くない。
な時間接触して溶融するよう、プラズマジェットの長さ
が長い方がよいが、第３図のトーチではトーチ内プラズ
マジェット長がそれ程長くない。
本発明はか＼る点を改善し、プラズマジェット長を大に
することができて、高い電源電圧が使用可能で、高出力
が得られ、構造も簡単なプラズマジェットトーチを提供
することを目的とするものである。
することができて、高い電源電圧が使用可能で、高出力
が得られ、構造も簡単なプラズマジェットトーチを提供
することを目的とするものである。
第１図に本発明のプラズマジェットトーチを示し、第２
図にその要部を拡大して示す。１０は電極であり、実際
にアークが発生する部分１０ａとその支持部分１０ｂか
らなる。アーク発生部材１０ａはタングステンまたはそ
の合金などの耐熱金属で作られ、支持部材１０ｂは銅な
どの良導電性材で作られる。支持部材１０ｂは筒状をな
し、内部にパイプ３２が挿入されており、これはパイプ
３２ａを通して外部より給水されて冷却水をアーク発生
部材１０ａの背面へ吐出し、該部材１０ａを冷却する。
図にその要部を拡大して示す。１０は電極であり、実際
にアークが発生する部分１０ａとその支持部分１０ｂか
らなる。アーク発生部材１０ａはタングステンまたはそ
の合金などの耐熱金属で作られ、支持部材１０ｂは銅な
どの良導電性材で作られる。支持部材１０ｂは筒状をな
し、内部にパイプ３２が挿入されており、これはパイプ
３２ａを通して外部より給水されて冷却水をアーク発生
部材１０ａの背面へ吐出し、該部材１０ａを冷却する。
冷却後の水はパイプ３２と支持部材１０ｂの間の空間、
トーチ内部、狭搾ノズル台５２、狭搾ノズル３４、水路
カラー５０との空間を通り、パイプ３２ｂより外部へ排
出される。
トーチ内部、狭搾ノズル台５２、狭搾ノズル３４、水路
カラー５０との空間を通り、パイプ３２ｂより外部へ排
出される。
電極の前方には狭搾ノズル３４と母材ノズル３６が配置
される。狭搾ノズル３４は、電極から発生したアークを
よく搾り込むように小さな開口を持つ、これに対して母
材ノズル３４は、高速プラズマジェットが強く接触しな
いようにノズル３４よりは大きな開口を持ち、かつこの
開口は下方へ行く程拡がるようにテーパがついている。
される。狭搾ノズル３４は、電極から発生したアークを
よく搾り込むように小さな開口を持つ、これに対して母
材ノズル３４は、高速プラズマジェットが強く接触しな
いようにノズル３４よりは大きな開口を持ち、かつこの
開口は下方へ行く程拡がるようにテーパがついている。
ノズル３４．３６も水冷されるように、裏面は冷却水路
の一部を構成する。
の一部を構成する。
母材ノズル３６の冷却水路は、入水管３８、パイプ継手
４０，４２、母材ノズル台４４、パイプ継手４６・、戻
水管４８である。狭搾ノズル３４の冷却水路は電極の冷
却水路と一部を共用している。
４０，４２、母材ノズル台４４、パイプ継手４６・、戻
水管４８である。狭搾ノズル３４の冷却水路は電極の冷
却水路と一部を共用している。
５０は水路カラー、５２は狭搾ノズル台であり、狭搾ノ
ズル３４はこれらと図示の如き空洞を形成するが、この
空洞６０が狭搾ノズル冷却水路の一部であり、これは図
示しないがパイプ３２ａ、３２ｂと連通ずる。
ズル３４はこれらと図示の如き空洞を形成するが、この
空洞６０が狭搾ノズル冷却水路の一部であり、これは図
示しないがパイプ３２ａ、３２ｂと連通ずる。
また５４は電極１０とノズル３４との間の絶縁体（セン
タリングストーン）、５６はノズル３４゜３６間の絶縁
体である。絶縁カラー５６には孔が開いており、この孔
を通してサイドガスがノズル３４．３６間へ旋回流とな
って供給される。サイドガスの供給路は、第１図、第２
図の表／裏面側に配設されるサイドガス供給管、母材ノ
ズル台４４の孔（いずれも図示しない）、空洞５８であ
る。
タリングストーン）、５６はノズル３４゜３６間の絶縁
体である。絶縁カラー５６には孔が開いており、この孔
を通してサイドガスがノズル３４．３６間へ旋回流とな
って供給される。サイドガスの供給路は、第１図、第２
図の表／裏面側に配設されるサイドガス供給管、母材ノ
ズル台４４の孔（いずれも図示しない）、空洞５８であ
る。
６０はガスシールカラーである。
また６２はパイロット電源で、一端を電極１０へまた他
端を狭搾ノズル３４に接続する。６４は主電源で、一端
を電極１０に、他端をノズル台４４を通して母材ノズル
３６へ接続する。図ではこの結線を略示しているが実際
はパイプ３８．４８のように配設されたケーブルにより
行なわれる。
端を狭搾ノズル３４に接続する。６４は主電源で、一端
を電極１０に、他端をノズル台４４を通して母材ノズル
３６へ接続する。図ではこの結線を略示しているが実際
はパイプ３８．４８のように配設されたケーブルにより
行なわれる。
例えばノズル３６への配線は第１図、第２図の表／裏面
、前記サイドガス供給管とは反対の側に配設されノズル
台４４へ接続される電気ケーブルにより行なわれる。
、前記サイドガス供給管とは反対の側に配設されノズル
台４４へ接続される電気ケーブルにより行なわれる。
プラズマ動作ガスは、該ガスの供給管６８より、電極１
０とノズル３４との間の空間へ供給される。
０とノズル３４との間の空間へ供給される。
電源６２．６４により電極１０．ノズル３４゜３６に電
圧を加え、ガス供給管６８よりプラズマガスを供給する
と、電極１０の部材１０ａとノズル３４との間にアーク
が発生し、この空間に供給されるガス流を電離してプラ
ズマジェットにする。
圧を加え、ガス供給管６８よりプラズマガスを供給する
と、電極１０の部材１０ａとノズル３４との間にアーク
が発生し、この空間に供給されるガス流を電離してプラ
ズマジェットにする。
このプラズマジェットはノズル３４で搾られ、高温、高
速となって該ノズル３４より、続いてノズル３６より外
部へ噴出する。
速となって該ノズル３４より、続いてノズル３６より外
部へ噴出する。
プラズマジェットがノズル３６を通ると、電極１０とノ
ズル３６間でアーク放電が発生する。この放電長は長い
から、アーク電圧は大である。これは主電源６４はパイ
ロット電源６２より高圧でよいことを意味し、電圧・電
流積であるトーチ出力を容易に高めることができる。主
電源６４による電極１０、ノズル３６間のアーク放電が
発生したのちは、スイッチ６６を開いてパイロット電源
を遮断してよい。
ズル３６間でアーク放電が発生する。この放電長は長い
から、アーク電圧は大である。これは主電源６４はパイ
ロット電源６２より高圧でよいことを意味し、電圧・電
流積であるトーチ出力を容易に高めることができる。主
電源６４による電極１０、ノズル３６間のアーク放電が
発生したのちは、スイッチ６６を開いてパイロット電源
を遮断してよい。
母材ノズル３６に発生する陽極点部分は部分的に非常に
高温となり水冷してあってもノズル面の消耗が激しい。
高温となり水冷してあってもノズル面の消耗が激しい。
よって陽極点発生位置を母材ノズル３６のテーパ部分と
なる様に設定し、高温、高速プラズマジェット流がノズ
ル面に直接作用しない様回避している。ノズル３４は、
バイブロ８から供給したまだ高温にはなっていないガス
がノズル面をなでるように流れ、高温プラズマは中心部
に絞り込むようにして保護する。
なる様に設定し、高温、高速プラズマジェット流がノズ
ル面に直接作用しない様回避している。ノズル３４は、
バイブロ８から供給したまだ高温にはなっていないガス
がノズル面をなでるように流れ、高温プラズマは中心部
に絞り込むようにして保護する。
このプラズマジェットトーチではアーク長が大であるの
で高圧電源を使用でき、容易に高出力化を図ることがで
きる。第４図のように渦流発生機構を設ける必要はない
。サイドガスとして粉体混合ガスを使用すると溶射を行
なうことができ、該ガスの粉体はノズル３６を通る間に
充分加熱、溶融される。サイドガスは絶縁体５６を冷却
して保護する。
で高圧電源を使用でき、容易に高出力化を図ることがで
きる。第４図のように渦流発生機構を設ける必要はない
。サイドガスとして粉体混合ガスを使用すると溶射を行
なうことができ、該ガスの粉体はノズル３６を通る間に
充分加熱、溶融される。サイドガスは絶縁体５６を冷却
して保護する。
このプラズマジェットトーチでは電極の前に、プラズマ
ガスでプラズマジェットを中心部に強く絞り込む狭搾ノ
ズル３４を置くので、プラズマガスとして窒素、アルゴ
ン、水素の混合ガス及び、窒素ガス単独の使用も出きる
。即ち窒素、水素ガスは電離電圧が高く、高温になり、
ノズル消耗を大にするが、プラズマジェットを中心部に
絞り込む狭搾ノズル３４を使用すると、高温、高速プラ
ズマジェットは中心部に絞られるからノズル面の消耗が
少な（なり、ひいては上記混合ガス及び単独のガスの使
用が可能になる。
ガスでプラズマジェットを中心部に強く絞り込む狭搾ノ
ズル３４を置くので、プラズマガスとして窒素、アルゴ
ン、水素の混合ガス及び、窒素ガス単独の使用も出きる
。即ち窒素、水素ガスは電離電圧が高く、高温になり、
ノズル消耗を大にするが、プラズマジェットを中心部に
絞り込む狭搾ノズル３４を使用すると、高温、高速プラ
ズマジェットは中心部に絞られるからノズル面の消耗が
少な（なり、ひいては上記混合ガス及び単独のガスの使
用が可能になる。
加熱用熱源又は溶射熱源として使用した場合を、従来例
とともに説明する。
とともに説明する。
本発明はプラズマジェット電流２００（Ａ）、プラズマ
ガス（窒素ガス） ４０ Ｊ／ｍｉｎ 、狭搾ノズル径
２．４鶴、母材ノズル径（最小径部）６．５ｉｎ、サイ
ドガス（窒素ガス） １０ ｊ！／ｗｉｎの条件で、
アーク電圧は１８０（Ｖ）であった。このように本発明
では小電流、高電圧が可能となり、小電流でも高出力３
６ＫＶＡが得られた。このプラズマジェットフレームの
温度は、トーチ先端より ２００１ｍ離れた位置で約１
２００℃であった。
ガス（窒素ガス） ４０ Ｊ／ｍｉｎ 、狭搾ノズル径
２．４鶴、母材ノズル径（最小径部）６．５ｉｎ、サイ
ドガス（窒素ガス） １０ ｊ！／ｗｉｎの条件で、
アーク電圧は１８０（Ｖ）であった。このように本発明
では小電流、高電圧が可能となり、小電流でも高出力３
６ＫＶＡが得られた。このプラズマジェットフレームの
温度は、トーチ先端より ２００１ｍ離れた位置で約１
２００℃であった。
また第３図に示す従来技術においては、プラズマ電流１
０００（Ａ）でプラズマガス（アルゴンガス）６０ｊ２
／＋ｗｉｎ、ノズル径６．２５ｍの条件で、アーク電圧
は４０（Ｖ）であった。このように１０００（Ａ）の大
電流にもかかわらず、出力は４０ ＫＶＡであり、プラ
ズマジェットフレームの温度は、トーチ先端から２００
寵離れた位置で約５００℃であった。
０００（Ａ）でプラズマガス（アルゴンガス）６０ｊ２
／＋ｗｉｎ、ノズル径６．２５ｍの条件で、アーク電圧
は４０（Ｖ）であった。このように１０００（Ａ）の大
電流にもかかわらず、出力は４０ ＫＶＡであり、プラ
ズマジェットフレームの温度は、トーチ先端から２００
寵離れた位置で約５００℃であった。
このようにほぼ同等の出力を得るのに、本発明では低電
流でよく、その結果はノズルの消耗量は約１／２となり
、電源は小型化、ケーブルは細くなった。さらに溶射の
場合、本発明は放電長が長く、金属粉末を完全に溶解し
て溶射することができた。
流でよく、その結果はノズルの消耗量は約１／２となり
、電源は小型化、ケーブルは細くなった。さらに溶射の
場合、本発明は放電長が長く、金属粉末を完全に溶解し
て溶射することができた。
さらに第４図に示す従来技術では初期プラズマジェット
で１００Ａ 、プラズマガス（アルゴンガス）４０＃／
１ｌｉｎでアーク電圧２０（Ｖ）、重畳プラズマジェッ
ト電流４００Ａ 、作動ガス（アルゴンガス） ２５
０１／ ｗｉｎでアーク電圧１１０Ｖであった。
で１００Ａ 、プラズマガス（アルゴンガス）４０＃／
１ｌｉｎでアーク電圧２０（Ｖ）、重畳プラズマジェッ
ト電流４００Ａ 、作動ガス（アルゴンガス） ２５
０１／ ｗｉｎでアーク電圧１１０Ｖであった。
この条件で本発明以上の温度であるプラズマフレームが
得られたが、作動ガスとしてアルゴンガスを多量に使用
し、全体としては本発明に比べて約６倍を使用するもの
であり、装置が複雑、制御も容易でなく、問題である。
得られたが、作動ガスとしてアルゴンガスを多量に使用
し、全体としては本発明に比べて約６倍を使用するもの
であり、装置が複雑、制御も容易でなく、問題である。
以上説明したように本発明によれば高電圧が使用できて
比較的少ない電流で高出力が得られ、窒素ガス単独の使
用も出来、長いプラズマジェット長が得られるので溶射
などに有効であり、構造が比較的簡単でランニングコス
トも低いプラズマジェットトーチが得られる。
比較的少ない電流で高出力が得られ、窒素ガス単独の使
用も出来、長いプラズマジェット長が得られるので溶射
などに有効であり、構造が比較的簡単でランニングコス
トも低いプラズマジェットトーチが得られる。
第１図は本発明のプラズマジェットトーチの側面図で、
一部は断面で示す。 第２図は第１図の要部拡大図、 第３図および第４図は従来例の説明図である。 第１図、第２図で１０は電極、３４は狭搾ノズル、３６
は母材ノズル、６２はパイロット電源、６４は主電源、
３２ａ、３２ｂ、３８．４０は冷却水供給管、６８はプ
ラズマガス供給管である。 出 願 人 日鐵熔接工業株式会社 代理人弁理士 青 柳 稔 第２図 第３０ 第４図
一部は断面で示す。 第２図は第１図の要部拡大図、 第３図および第４図は従来例の説明図である。 第１図、第２図で１０は電極、３４は狭搾ノズル、３６
は母材ノズル、６２はパイロット電源、６４は主電源、
３２ａ、３２ｂ、３８．４０は冷却水供給管、６８はプ
ラズマガス供給管である。 出 願 人 日鐵熔接工業株式会社 代理人弁理士 青 柳 稔 第２図 第３０ 第４図
Claims (1)
- 電極（１０）、該電極の前に置かれる狭搾ノズル（３４
）、および該狭搾ノズルの前に置かれる母材ノズル（３
６）を備え、狭搾ノズルはプラズマジェットを中心部に
強く絞り込むように狭い開口を持ち、母材ノズルは狭搾
ノズルより広い開口を持ち、電極と狭搾ノズルとの間に
パイロット電源（６２）が、また電極と母材ノズルとの
間に主電源（６４）が、接続され、電極、狭搾ノズル、
および母材ノズルを冷却する機構、電極と狭搾ノズルと
の間の空間へプラズマガスを供給する機構および狭搾ノ
ズルと母材ノズルの間からサイドガスを供給する機構が
設けられたことを特徴とするプラズマジェットトーチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62307302A JP2510091B2 (ja) | 1987-12-04 | 1987-12-04 | プラズマジェットト―チ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62307302A JP2510091B2 (ja) | 1987-12-04 | 1987-12-04 | プラズマジェットト―チ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01148472A true JPH01148472A (ja) | 1989-06-09 |
| JP2510091B2 JP2510091B2 (ja) | 1996-06-26 |
Family
ID=17967510
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62307302A Expired - Lifetime JP2510091B2 (ja) | 1987-12-04 | 1987-12-04 | プラズマジェットト―チ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2510091B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100784413B1 (ko) * | 2006-09-28 | 2007-12-11 | 주식회사 케이피씨 | 플라즈마 아크 토치 및 그 플라즈마 아크 토치를 이용한스크러버 |
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